JP5816122B2 - 消磁装置及びこれを用いた永久磁石の回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、ネオジム磁石等の永久磁石の消磁を行う消磁装置及び該消磁装置を用いた永久磁石の回収方法に関するものである。

電動機（モータ）は家電製品や各種産業機器等の種々の製品に利用されており、近年自動車についてもモータとエンジンで走行するハイブリッド自動車やモータのみで走行する電気自動車が普及し始め、その用途が益々広がってきている。

モータには誘導モータやブラシレスＤＣモータ等多くの種類があるが、モータのエネルギー効率向上の観点から、近年では誘導モータで必要となる界磁電流が不要で２次銅損のない、永久磁石を用いた内部磁石埋込型（ＩＰＭ）モータが広く使われるようになっている。

図１はＩＰＭモータＭの構造例を示す断面図である。永久磁石１は、酸化物及びバインダからなる磁石固定用のモールド材により固定され、電磁鋼板製のロータ（回転子）３に埋め込まれている。このロータ３の外側にはステータ（固定子）２が設けられており、スロットに巻回されたコイル４に電流を流すことによりロータ３を回転させる。ＩＰＭモータＭによれば、強力な希土類磁石を用いることで磁束密度を高くすることができ、モータの出力向上及び小型化が可能となる。

ＩＰＭモータＭに用いられる希土類磁石は、サマリウム・コバルト系磁石及びネオジム・鉄・ボロン系磁石（ネオジム磁石）の主に２種類であるが、高い磁気エネルギー積を有し、機械的強度に優れる観点からネオジム磁石が多く用いられており、希土類磁石の９０％以上を占めている。

ネオジム磁石に用いられるネオジム（Ｎｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）等の希土類元素はその価格が高価であるばかりでなく、産出国も限られることから、資源の安定的な確保の観点からもその効率的なリサイクル処理方法が強く望まれている。

しかしながら、ネオジム磁石のリサイクルに関して製造工程で発生するスクラップについては再利用が進められているものの、使用済のモータ又は発電機等の機器から取得される希土類磁石のリサイクルについては進んでいないのが現状である。

使用済の機器から取得される磁石のリサイクルを困難にしている一つの大きな原因は、希土類磁石が電磁鋼板やステンレスと磁力により強く結合しており、磁石固定用のモールド材も存在するため、解体しても手作業により効率的にロータから磁石を取り除き、回収することが困難であるためである。

このような事情により、現状ではモータ等の磁石を回収することは非常に困難であるが、製品を粉砕した後、粉砕物中に磁石が含まれていると磁石が破砕機やコンベア等の鉄製部品に付着し、鉄や銅等の有価金属のリサイクルの障害となる。そのため、銅、アルミ及び鉄等の有価金属を回収するための前処理として永久磁石の脱磁が鋭意検討されている。

このような永久磁石の脱磁方法の従来技術としては、永久磁石を含む製品を加熱炉で加熱して脱磁する方法（例えば、特許文献１及び２参照）や、モータ電圧に高周波電圧を印加し、誘導電流によりモータを発熱させ脱磁させる方法が提案されている（例えば、特許文献３、４及び５参照）。

しかしながら、上記のような方法で製品を加熱し、磁石の脱磁を行ってしまうと、希土類磁石を空気中で加熱することになってしまい、希土類元素が酸化物を形成してしまうことから、再度磁石として再利用するためには、新たに磁石を還元する処理が必要となる。この場合、磁石成分を分離・回収したとしても、磁石の化学的な再生処理が必要になることからリサイクルの効率が悪くなる。

特開２００１−１１０６３６号公報 特開２００１−３１３２１０号公報 特許第３８３５１２６号公報 特開２００６−２５４６９９号公報 特開２００９−２９１０７０号公報

消磁炉において永久磁石を有するモータを過熱水蒸気で加熱処理した後、該永久磁石を回収する方法がある。この場合、被処理物である永久磁石を対流、輻射、及び凝縮の複合的な伝熱により急速的に加熱することが可能となる。しかしながら、消磁炉で用いる過熱水蒸気のより効率的な生成方法が望まれている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、効率的に過熱水蒸気を生成して永久磁石の消磁を行うことができる消磁装置及びこの消磁装置を用いた永久磁石の回収方法を提供することである。

本発明に係る消磁装置は、永久磁石の消磁を行う消磁装置であって、
過熱水蒸気を用いて前記永久磁石の消磁を行う消磁炉と、
水を加熱して過熱水蒸気を生成する加熱器と、
前記加熱器で生成された過熱水蒸気を熱する予熱器と、
前記予熱器で熱された過熱水蒸気の温度をさらに上昇させる昇温器と、
前記加熱器から過熱水蒸気を前記予熱器に供給する第１供給ラインと、
前記予熱器から過熱水蒸気を前記昇温器に供給する第２供給ラインと、
前記昇温器から過熱水蒸気を前記消磁炉に供給する第３供給ラインと、
前記消磁炉から過熱水蒸気を前記予熱器に供給する第４供給ラインと、
前記第４供給ラインから前記予熱器に供給された過熱水蒸気を前記加熱器に供給する第５供給ラインと、を有し、
前記加熱器において前記第５供給ラインからの過熱水蒸気の熱エネルギーを利用して水を加熱し、前記予熱器において前記第４供給ラインからの過熱水蒸気の熱エネルギーを利用して前記加熱器で生成された過熱水蒸気を熱することを要旨とする。上記の過熱水蒸気とは、常圧で温度が１００℃以上の水蒸気をいう。

本発明に係る消磁装置において、加熱器で第５供給ラインからの過熱水蒸気の熱エネルギーを利用して水を加熱し、予熱器において第４供給ラインからの過熱水蒸気の熱エネルギーを利用して加熱器で生成された過熱水蒸気を熱するように構成することによって、消磁炉での処理後の過熱水蒸気を、新たな過熱水蒸気の効率的な生成のために用いることができる。

消磁炉に導入される被処理物の形態としては、ロータに固定された状態の永久磁石を採用できる。以下、ロータに固定された状態の永久磁石を被処理物と呼ぶことがある。

消磁炉で消磁して回収した永久磁石については、再度着磁を行った後、電動機や発電機等に再利用することができる。

本発明に係る永久磁石の回収方法は、上記消磁装置を用いて上記永久磁石の消磁を行うことを要旨とする。

本発明において、前記永久磁石は樹脂材料を介してモータのロータ又はステータに固定されていてもよい。

本発明において、電動機又は発電機に用いられている前記永久磁石を回収してもよい。

本発明において、前記永久磁石としてネオジム磁石を回収してもよい。

本発明によれば、加熱器において第５供給ラインからの過熱水蒸気の熱エネルギーを利用して水を加熱し、予熱器において第４供給ラインからの過熱水蒸気の熱エネルギーを利用して加熱器で生成された過熱水蒸気を熱するように構成したので、消磁炉で用いた過熱水蒸気をそのまま系外に排出するのではなく、この処理後の過熱水蒸気を、新たな過熱水蒸気の効率的な生成のために有効に用いることが可能となる。

内部磁石埋込型モータの断面図である。 本発明に係る消磁装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態に係る消磁装置について図面を参照しながら説明する。

本発明に係る消磁装置によって消磁できる永久磁石としては、上記の図１で説明したＩＰＭモータＭに取り付けられた永久磁石１を挙げることができる。以下では、ロータ３に固定された状態の永久磁石１を被処理物として処理する場合について説明する。

図２の消磁装置３０は、消磁炉１１、加熱器１２、予熱器１３、昇温器１４、第１供給ライン１５、第２供給ライン１６、第３供給ライン１７、第４供給ライン１８、第５供給ライン１９、及び排気ライン２０を有している。

加熱器１２と予熱器１３とが第１供給ライン１５により接続されており、予熱器１３と昇温器１４とが第２供給ライン１６により接続されている。また、昇温器１４と消磁炉１１とが第３供給ライン１７により接続されており、消磁炉１１と予熱器１３とが第４供給ライン１８により接続されており、予熱器１３と加熱器１２とが第５供給ライン１９により接続されている。

このような構成を有する消磁装置３０による処理の流れについて以下説明を行う。

まず水が加熱器１２に供給され加熱されることによって、１００℃で常圧の水蒸気が生成される。生成された水蒸気の温度は、１００℃〜１１０℃とすることができる。

加熱器１２で生成された水蒸気は第１供給ライン１５により予熱器１３に送られる。この水蒸気は予熱器１３によって予熱される。予熱された水蒸気の温度は、１０５℃〜２５０℃とすることができる。

このように予熱器１３を設けて、加熱器１２からの過熱水蒸気を予熱することによって、後工程に係る昇温器１４での結露の発生を抑制することができる。

予熱器１３で予熱された過熱水蒸気は第２供給ライン１６により昇温器１４に送られる。この過熱水蒸気は昇温器１４によってさらに昇温される。昇温された過熱水蒸気の温度は、４５０℃〜５５０℃とすることができる。

昇温器１４で昇温された過熱水蒸気は第３供給ライン１７により消磁炉１１に送られる。

消磁炉１１において被処理物が上記過熱水蒸気によって加熱されて消磁される。

ここで、消磁炉１１による消磁処理で使用された過熱水蒸気は第４供給ライン１８により予熱器１３に送られる。予熱器１３に送られる過熱水蒸気の温度は、２５０℃〜５５０℃とすることができる。予熱器１３に送られた過熱水蒸気の熱エネルギーは、加熱器１２で生成された過熱水蒸気を予熱する際に用いられる。

また、予熱器１３による予熱の際に用いられた上記過熱水蒸気は第５供給ライン１９により加熱器１２に送られる。加熱器１２に送られる過熱水蒸気の温度は、１０５℃〜２５０℃とすることができる。加熱器１２に送られた過熱水蒸気の熱エネルギーは、水を加熱して過熱水蒸気を生成する際に用いられる。なお、排気ライン２０により加熱器１２内のガスが系外に排出される。また、加熱器１２における処理後の過熱水蒸気については、液化して廃水として処理することができる。そのため、大きな排ガス処理設備は不要となる。

このように、消磁炉１１で用いた過熱水蒸気をそのまま系外に排出することなく、予熱器１３による予熱処理及び加熱器１２による加熱処理に有効に用いるように構成している。これにより、消磁炉１１の処理後の過熱水蒸気を、消磁炉１１で用いる新たな過熱水蒸気の効率的な生成のために有効に用いることが可能となる。

なお、消磁炉１１で用いられた過熱水蒸気を昇温器１４に送ることもできる。この場合、昇温器１４による昇温処理の際に過熱水蒸気の熱エネルギーを用いることができるので、熱エネルギーの有効利用をさらに実現することができる。

消磁して回収した永久磁石１については、再度着磁を行った後、電動機や発電機等に再利用することができ、再度粉砕、成形又は加工等の処理を必要としない。

着磁方法の例としては、電磁石を用いて静磁場により着磁する方法や、コンデンサ式着磁電源装置を使用し、コイルに大電流を流して強力なパルス磁場を発生させ着磁させる方法等が好適例として挙げられる。また、パルス磁場による着磁法は、短時間で着磁を行うことができるので単位時間当たりの生産性が高いことから特に好ましい。パルス磁場により着磁を行う場合は、ネオジム磁石に対してコンデンサ式電源の電圧を１５００Ｖ以上、静電容量２０００μＦ以上の条件とし、パルス幅を１／１０００〜１／１００秒に設定して着磁することで十分な着磁を行うことができ、ネオジム磁石を脱磁前の磁力と同レベルに戻すことが可能となる。なお、消磁後、回収した永久磁石をその形状のままで着磁する上記方法の他に、溶解等の処理により金属を単離させ、各種金属種と合金とした後に着磁してもよい。

本発明はもとより上記実施形態によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

１ 永久磁石
２ ステータ
３ ロータ
４ コイル
１１ 消磁炉
１２ 加熱器
１３ 予熱器
１４ 昇温器
１５ 第１供給ライン
１６ 第２供給ライン
１７ 第３供給ライン
１８ 第４供給ライン
１９ 第５供給ライン
２０ 排気ライン
３０ 消磁装置
Ｍ ＩＰＭモータ

Claims (6)

1. 永久磁石の消磁を行う消磁装置であって、
   過熱水蒸気を用いて前記永久磁石の消磁を行う消磁炉と、
   水を加熱して過熱水蒸気を生成する加熱器と、
   前記加熱器で生成された過熱水蒸気を熱する予熱器と、
   前記予熱器で熱された過熱水蒸気の温度をさらに上昇させる昇温器と、
   前記加熱器から過熱水蒸気を前記予熱器に供給する第１供給ラインと、
   前記予熱器から過熱水蒸気を前記昇温器に供給する第２供給ラインと、
   前記昇温器から過熱水蒸気を前記消磁炉に供給する第３供給ラインと、
   前記消磁炉から過熱水蒸気を前記予熱器に供給する第４供給ラインと、
   前記第４供給ラインから前記予熱器に供給された過熱水蒸気を前記加熱器に供給する第５供給ラインと、を有し、
   前記加熱器において前記第５供給ラインからの過熱水蒸気の熱エネルギーを利用して水を加熱し、前記予熱器において前記第４供給ラインからの過熱水蒸気の熱エネルギーを利用して前記加熱器で生成された過熱水蒸気を熱することを特徴とする消磁装置。
2. 前記過熱水蒸気の温度は１５０℃以上５５０℃以下である請求項１に記載の消磁装置。
3. 請求項１又は２に記載の消磁装置を用いて前記永久磁石の消磁を行うことを特徴とする永久磁石の回収方法。
4. 前記永久磁石は、樹脂材料を介してモータのロータ又はステータに固定されている請求項３に記載の永久磁石の回収方法。
5. 電動機又は発電機に用いられている前記永久磁石を回収する請求項３又は４に記載の永久磁石の回収方法。
6. 前記永久磁石としてネオジム磁石を回収する請求項３〜５のいずれか１項に記載の永久磁石の回収方法。

Images